数据结构 【二叉树】

原文链接:https://blog.csdn.net/abel_liujinquan/article/details/89435686z

作者:https://blog.csdn.net/Abel_Liujinquan

1、二叉树的概念

二叉树:每个节点最多有两个分支(分支的度小于2)的树结构,可为空树。

根节点:一棵树最上面的节点称为根节点。

左右子树:某个节点的左分支叫做左子树,右分支叫做右子树。

左右孩子:某个节点的左、右分支的根节点叫做该节点的左、右孩子。

兄弟节点:具有相同父节点的节点互为兄弟节点。

节点的度:节点拥有的子树数。

叶子节点:没有任何子节点的节点称为叶子节点。

内部节点:非叶子节点称为内部节点。

根的层次:从根节点开始定义,根为第一层,根的孩子为第二层,如此计数,直到该结点为止。

树的深度和高度:二叉树中节点的最大层次称为二叉树的深度或高度。

2、二叉树的分类

1)、完全二叉树

在一棵二叉树中,除了最后一层,都是满的,并且最后一层或者是满的,或者是右边缺少连续若干节点,成为完全二叉树。如图所示:

2)、满二叉树

一棵深度为k,并且有2k+1−1 2^{k+1}-12 

k+1−1个节点的二叉树,成为满二叉树。如图所示:

3)、二叉查找树(Binary Search Tree)

又称为二叉搜索树,排序二叉树,可为空树,或节点满足左子树所有节点<跟节点<右子树所以节点,不存在相等值的节点,如图所示:

4)、平衡二叉树(Balanced Binary Tree)

是一种结构平衡的二叉搜索树,即叶子节点深度差不超过1,能够在O(logn)内完成插入、查找和删除操作,结构如图所示,常见的平衡二叉树有AVl树、红黑树等。

5)、AVL树

又被称为高度平衡树,是最先发明的自平衡二叉查找树,任何节点的两个儿子子树的高度最大差别为1,增加和删除可能需要通过一次或多次树旋转来重新平衡这个树,树图如图所示。

平衡前(非AVL树):

平衡后(AVL树):

6)、红黑树(Red-black tree)

是一种自平衡二叉查找树,又称为“对称二叉B树”,除了满足所有二叉查找树的要求之外还需要满足以下要求:

(1)节点是红色或者是黑色的

(2)跟节点是黑色的

(3)每个叶子节点都是黑色的(叶子是NIL节点)

(4)每个红色节点必须有两个黑色节点(从叶子到根节点的所有简单路径上不可能有两个连续的红色节点)

(5)从任一节点到其每个叶子的所有简单路径都饱和相同数目的节点

注:

NIL节点就是空节点,二叉树中庸NIL节点代替NULL

简单路径:指顶点序列中顶点不重复出现的路径

3、二叉树的性质

性质1:在非空二叉树的第i层上最多有2^i−1 个节点。

性质2:深度为K的二叉树最多有2^k-1个节点。

性质3:对于任意一棵二叉树,如果度为0的节点个数为n0,度为2的节点个数为n2,则n0 = n2 + 1。

性质4:具有n个节点的完全二叉树的深度k=⌊log2n⌋+1。

性质5:对于含n个节点的完全二叉树中编号为i(1≤ \leq≤i≤ \leq≤n)的节点:

  • 如果i=1,则i节点是这可完全二叉树的根,没有双亲,否则其双亲的编号为⌊i/2⌋。
  • 如果2i>n,则i节点没有左孩子,否则其左孩子的编号为2i。
  • 如果2i+1>n,则i节点没有右孩子,否则其有孩子的编号为2i+1。

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